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可变翼混合驱动水下滑翔机变体机翼系统研究
| 论文题名： | 可变翼混合驱动水下滑翔机变体机翼系统研究 |
| 关键词： | 混合驱动;水下滑翔机;变翼机构;航行性能;单元实验 |
| 摘要： | 混合驱动水下滑翔机是一种新型水下监测平台，它集成了传统水下滑翔机和无人水下航行器的优点，能够满足对海洋环境多样化观测的需求。它具有两种典型工作模式：滑翔模式和AUV(Autonomous Underwater Vehicle)模式。在滑翔模式下，利用浮力驱动系统和姿态调节单元完成锯齿状剖面运动，具有长航程的优点；在AUV模式下，螺旋桨开启，具有快速机动性的优点。但是，两种工作模式运动规律差异较大，在滑翔模式需要较大升阻比的机翼来提供足够的升力，以提高滑翔效率；而在AUV模式下原有机翼的存在则会增加阻力，影响转向操纵性。研究可变翼混合驱动水下滑翔机能够有效解决上述问题。通过机翼变形，以适应不同工作模式对于机翼的需求，从而使混合驱动水下滑翔机在不同航行任务、不同工作模式下，航行性能均达到最优。 本文基于混合驱动水下滑翔机对变翼功能实际需求，设计了平面二自由度连杆机构，可以实现机翼展弦比和后掠角的变化。通过变翼系统驱动机翼变形，提高混合驱动水下滑翔机不同工作模式下航行性能。本文主要研究成果为： (1)根据变翼功能需求，提出了新型平面二自由度连杆机构，可以实现输出杆件平动和转动两个自由度，即可以改变机翼后掠角和展弦比；设计浸水舱段，将变翼系统与滑翔机进行集成。 (2)对变翼机构进行运动学和动力学分析。通过运动学正解分析，验证了变翼机构能够实现所设计的变体功能；通过运动学逆解分析，在给定输出末端运动规律的条件下，求取了输入电机的控制规律曲线，为变翼过程的控制提供参考；完成了变翼机构动力学分析及仿真。 (3)基于计算流体力学方法，对混合驱动水下滑翔机变翼策略进行研究，分析了机翼后掠角和展弦比对滑翔机不同工作模式下航行性能的影响，并为两种典型工作模式确定了变翼方案；采用经验公式和曲线拟合的方法完成了滑翔机航行性能对变翼机构驱动电机转角的灵敏度分析，为变翼功能的顺利实现提供参考。 (4)对变翼机构进行加工与装配，并完成了软硬件设计，进行了变翼机构单元实验，验证了其运动学性能和可以实现的变翼功能。为后续整机实验打好基础。 |
| 作者： | 张明明 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 王延辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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